Nachhaltige Kühlung über solare sorptionsgestützte Klimatisierung und Bauteilaktivierung

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1 ENERGYbase Nachhaltige Kühlung über solare sorptionsgestützte Klimatisierung und Bauteilaktivierung Anita Preisler Wien Montag, 20. Juni 2011 Ing. Anita Preisler Nachhaltige Gebäudetechnologien Inhalt AIT Energy Department ENERGYbase Eckdaten Konzeptentwicklung Gebäudekonzept Energiekonzept Dynamisch thermische Simulationen und Strömungssimulationen 1. Fragestellungen 2. Ergebnisse Monitoring Ergebnisse 2010 Zusammenfassung 1/1 1

2 AIT Austrian Institute of Technology 3 AIT Energy Department Research Areas Electric Energy Infrastructure Research Fields - Smart Grids - Photovoltaics Research Services - Electricity Network System Analysis - Grid-connected inverters - Development Support Grid Components - Photovoltaics Energy for the Built Environment -Energyin Cities - Energy in Buildings -Renewable Heating& Cooling - Thermal processes in power plants& industry -Energyin Cities - Energy in Buildings -HeatPumps - Solar Thermal Technology - Training & Education 4 1/1 2

3 ENERGYbase Eckdaten ENERGYbase Standort: 1210 Wien, Giefinggasse 6 Nutzfläche: 7.500m² Bürofläche: 5.000m² Fachhochschulen, Laborflächen: 2.500m² Energieversorgung zu 100% mir erneuerbaren Ressourcen (Sonnenenergie, Erdwärme) 80% weniger Energiebedarf zu einer vergleichbaren Standardimmobilie nach Bauordnung Fertigstellung: Juli 2008 Website: 5 Konzeptentwicklung Gebäude- und Energiekonzept Umsetzung der Forschungsergebnisse des Haus der Zukunft Projektes Sunny Research Ziele: Enge Verflechtung Gebäude- und Energiekonzept Hohe Arbeitsplatzqualität bei flexiblen Nutzungsmöglichkeiten Sehr niedriger Energiebedarf für Heizung Kühlung und Beleuchtung Nutzung Erneuerbarer Energieträger zur Deckung des Energiebedarfs 6 1/1 3

4 Solare Gewinne Südfassade W/m² Solarstrahlung vertikale Südfassade auf vertikale Südfassade Solarstrahlung vertikale Nordfassade auf vertikale Nordfassade Stunde des Jahres 1200 W/m² Solarstrahlung auf auf PV PV Paneel Solarstrahlung Verglasung auf Südfassadenverglasung m² Solarthermie 400m² Photovoltaik Quelle: pos-architekten Stunde des Jahres Quelle: TU-Graz/IWT Pflanzenpuffer Quelle: pos-architekten 1/1 4

5 Energieverteilung Frischluftverteilung Quelle: pos-architekten Free cooling mit Grundwasser Quelle: pos-architekten Gestaltung Bürogeschoss, offene Südzone Quelle: pos-architekten 1/1 5

6 Energiequellen zur Energieversorgung Grundwasser Heizung Kühlung Solarenergie Heizungsunterstützung Frischluftkühlung Stromproduktion Pflanzen Befeuchtung Stromnetz Verbleibender Strombedarf Wärmepumpe/ Grundwasserbrunnen Aufgaben: Energiequelle für Heizung und Kühlung sind die Grundwasserbrunnen (Saugbrunnen/Schluckbrunnen) Wärmepumpe Wärmetauscher Heizenergiebedarf wird mittels Wärmepumpe für die Bauteilaktivierung bereitgestellt Kühlenergiebedarf wird über Free Cooling (lediglich Wärmetauscher) im Sommer abgedeckt Quelle: AIT 1/1 6

7 Solare sorptionsgestützte Klimatisierung Anlagenschema: 285m² 31,5 Heiß- Wasser- Speicher l Quelle: AIT Regenertation: Sommer; 60 C 80 C Abluftbefeuchter Fortluft 53 C/ 19% Abluft 28 C/ 45% Außenluft 32 C/ 40% Zuluft 22 C/ 53% Sorptionsrad Wärmerückgewinnungsrad Vorheizregister: Winter; 40 C Zuluft befeuchter Nachheizregister: Winter; 40 C Photovoltaik Aufgabe: Fassadenintegrierte PV-Module übernehmen eine Verschattungsfunktion für den Südbürobereich Orientierung und Neigung sind auf maximalen elektrischen Ertrag ausgelegt Vergleich unterschiedlicher Modultechnologien im Langzeitverhalten Untersuchungen von unterschiedlichen Konfigurationen der PV-Anlage 1/1 7

8 Bauteilaktivierung/ Innenraumkomfort Aufgaben: Deckung Heiz- und Kühlenergiebedarf BTA Süd BTA Nord Hohe thermischen Behaglichkeit durch Strahlungswärme Unterteilung in 4 Zonen (Nordbüro Ost/West, Südbereich Ost/West), Einfluss der Orientierung Quelle: AIT Pflanzenpuffer Aufgabe: Ökologische Befeuchtung und Vitalisierung der Frischluft im Winter Vergleich der Luftzustände bei Verwendung von Innen- und Außenpflanzenpuffer Aufzeigen der Möglichkeiten in diesem Bereich Quelle: pos-architekten 1/1 8

9 Dynamisch thermische Simulation Fragestellungen Heiz- und Kühlenergiebedarf Heiz- und Kühllasten Betrieb Bauteilaktivierung Anlagenkonfiguration Solare Kühlung Kombination Solarthermie mit Wärmepumpe zur Beheizung [kwh/m²a] Heizenergie Kühlenergie WRG Luftkonditionierung Zusatzsystem BTA Quelle: AIT Strömungssimulation Analyse Lufteinbringung in Südbereich mittels Drallauslässen im Potestbereich der Südfassade Quelle: AIT 1/1 9

10 Strömungssimulation Einströmverhalten der Zuluft über Drallauslässe Temperaturverteilung im Südbereich Podesttemperatur C Bodentemperatur C Einblastemperatur 25 C Quelle: AIT Ergebnisse Monitoring 2010 Gesamtendenergiebedarf (Strom) im Jahr 2010: kwh Photovoltaik: kwh (davon 22,6% ins Netz gespeist) Stromnetz: kwh (netto) 23% Stromnetz Photovoltaik Energiekosten: 0,15 /kwh Nutzfläche: 7.500m² Spezifischer Endenergiebedarf (Strom): 22,0 kwh/m²a Spezifische Energiekosten: 3,30 /m²a 77% 20 1/1 10

11 Ergebnisse Monitoring 2010 Endenergiebedarf (Strom) [kwh/a] Heizung Kühlung Lüftung Beleuchtung (Allgemeinflächen) Restverbraucher Gesamt 36% 30% Heizung Kühlung Lüftung 3% 27% 4% Beleuchtung (Allgemeinflächen) Restverbraucher 21 Ergebnisse Monitoring 2010 Restverbraucher 17% 2% 3% 2% 1% Sicherheitsbeleuchtung Regeltechnik/Gebäudeleittechnik 6% Unvermietete Bereiche 37% Aufzüge Begleitheizungen Abluftanlagen 32% Wasseraufbereitung, Sumpfpumpen, Drucksteigerungsanlagen Brandmeldeanlage, CO Warnanlage, RWA Anlage 22 1/1 11

12 Ergebnisse Monitoring 2010 Energiebedarf Heizung (thermisch): kwh/a Wärmepumpe: kwh/a Solaranlage: kwh/a Heizungsunterstützung:14,5% Regenerationsenergie für solare Kühlung: 17,5% 32% Wärmepumpen 68% Solarthermieanlage 23 Ergebnisse Monitoring 2010 Endenergiebedarf Heizung (Strom) [kwh/a] % 3% Wärmepumpen Wärmepumpen Quellpumpen/ Pumpen zum Heizungs-verteiler Pumpen Solarthermie Pumpen Bauteilaktivierung Gesamt 21% Quellpumpen/ Pumpen zum Heizungsverteiler Pumpen Solarthermie 75% Pumpen Bauteilaktivierung 24 1/1 12

13 Zusammenfassung Erfahrungen nach 2 Jahren Betriebserfahrungen: Haustechnischen Anlagen laufen zuverlässig mit dem zuvor simulierten Energiebedarf Sehr gutes Innenraumklima durch Bauteilaktivierung Optimierung im Bereich Einbindung Wärmepumpenanlage (derzeit Jahresarbeitszahl von 3,1) und Solaranlage (derzeit 32% Deckung des Heizenergiebedarf) Mehr Augenmerk auf Restverbraucher bei zukünftigen Projekten zur Erreichung von Plusenergiestandard Laufende Studie: FUTUREbase (zwischen TECHbase und ENERGYbase) Nutzung der Betriebserfahrungen von ENERGYbase Einbindung neuester Technologien/Strategien (Bionik, neueste PV- Modultechnologie, Natürliche Lüftung, Zentrale IT Lösungen, usw.) 1/1 13